1、第6章 可編程控制器(PLC) 概述6.2 可編程控制器的程序編制6.3 可編程控制器應用舉例 6.1 可編程控制器的結構和工作原理本章教學要求：1. 了解可編程控制器的結構和工作原理。2. 了解可編程控制器的幾種基本編程方法。3. 熟悉常用的編程指令。4. 學會使用梯形圖編制簡單的程序。第6章 可編程控制器（PLC） 概述1.定義：可編程控制器是一種數字運算的電子操作系統裝置，專為工業現場應用而設計的，它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關設備都應按

2、易于與工業控制器系統聯成一個整體和易于擴充其功能的原則進行設計2. 可編程控制器的發展：它的起源可以追溯到60年代，美國通用汽車公司為了適應汽車型號不斷翻新的需要，對生產線上的控制設備提出了新的要求，為此研制了第一臺可編程控制器用于生產線上，通過改變存儲在里面的指令的方法來改變生產線的控制流程，從而提供了繼電器控制系統無法比擬的靈活性。但這一時期它主要是代替繼電器系統完成順序控制，雖然也采用了計算機的設計思想，實際只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器 簡稱PLC（Programmable Logical Controller）。 進入80年代，隨著微電子技術和計算機技術的發展，可編程控制器

3、的功能已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進行模擬量控制、位置控制，特別是遠程通訊功能的實現，易于實現柔性加工和制造系統，因此將其稱為可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC ,但為了與個人電腦PC相區別，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現代工業控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。 目前PLC已廣泛應用于冶金、礦業、機械、輕工等領域，加速了機電一體化的進程。 各種PLC的具體結構雖然多種多樣，但其結構和工作原理大同小異，都是以微處理器為核心的電子電氣系統。PLC各種功能的實現，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。 PLC內部主要由主機

4、、輸入 /輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設備接口等幾部分組成。6.1 可編程控制器的結構和工作原理12.1.1 可編程控制器的結構及各部分的作用模擬量輸入行程開關繼電器觸點各種開關傳感器CPUROM、RAM電源部件輸出接口輸入接口外設接口照明電磁裝置執行機構采用光電隔離裝置繼電器、可控硅、晶體管電路編程器打印機計算機1. 主機 CPU是PLC的核心，一切邏輯運算及判斷都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我們常說的電腦芯片。(1) 運行用戶程序。(2) 監控輸入/輸出接口狀態。(3) 作出邏輯判斷和進行數據處理 主機部分包括中央處理器（CPU）、系統程序存儲器和用戶程序及數據

5、存儲器 系統程序存儲器：主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統程序已由廠家固定，用戶不能更改。 用戶程序及數據存儲器：主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據、中間結果。 內部存儲器有兩類：一類是系統程序存儲器，另一類是用戶程序及數據存儲器2. 輸入/輸出(I/O)接口 輸入接口用于接收輸入設備（如：按鈕、行程開關、傳感器等）的控制信號。 輸出接口用于將經主機處理過的結果通過輸出電路去驅動輸出設備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。3. 電源 電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配備的直流開關穩壓電源4. 編程器 編程器是PLC很重要的外部設備，它主要由鍵

6、盤、顯示器組成。編程器分簡易型和智能型兩類。小型PLC常用簡易編程器，大、中型PLC多用智能編程器。編程器的作用是編制用戶程序并送入PLC程序存儲器。利用編程器可檢查、修改、調試用戶程序和在線監視PLC工作狀況。現在許多PLC采用和計算機聯接，并利用專用的工具軟件進行編程或監控。6. 外部設備接口 I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數擴展單元與基本單元（即主機）聯接在一起。5. 輸入輸出擴展接口 此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設備與主機相連。6.1.2 可編程控制器的工作原理 PLC采用“順序掃描、不斷循環”的工作方式，這個過程可分為輸入采樣，程序執行、輸出刷新三個階段，

7、整個過程掃描并執行一次所需的時間稱為掃描周期。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態寄存器輸出鎖存器輸出狀態寄存器輸出端子程序執行讀讀寫輸入采樣程序執行輸出刷新1. 輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態或輸入數據，并將此狀態存入輸入狀態寄存器，即輸入刷新。接著轉入程序執行階段。在程序執行期間，即使輸入狀態發生變化，輸入狀態寄存器的內容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。2. 程序執行階段 PLC在執行階段，按先左后右，先上后下的步序，執行程序指令。其過程如下：從輸入狀態寄存器和其它元件狀態寄存器中讀出有關元件的通/斷狀態，并根據用戶程序進行邏輯

8、運算，運算結果再存入有關的狀態寄存器中。3. 輸出刷新階段 在所有指令執行完畢后，將各物理繼電器對應的輸出狀態寄存器的通/斷狀態，在輸出刷新階段轉存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。 由PLC的工作過程可見， 在PLC的程序執行階段，即使輸入發生了變化，輸入狀態寄存器的內容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態寄存器中的輸出信號，等到一個循環周期結束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態保持一個掃描周期。6.1.3 可編程控制

9、器的主要技術性能1. I/O點數 指PLC外部輸入和輸出端子數。2. 用戶程序存儲容量 用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少。3. 掃描速度 指掃描1000步用戶程序所需的時間，以ms/千步為單位。4. 指令系統條數 指PLC具有的基本指令和高級指令的種類和數量。種類數量越多，軟件功能越強。5. 編程元件的種類和數量 編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、通用“字”寄存器、數據寄存器及特殊功能繼電器等。其種類和數量是衡量PLC的一個指標。代表字母 元件名稱 編號范圍 輸入繼電器 輸出繼電器 輔助繼電器 定時器 計數器 通用“字”寄存器 XYRTCWRX0XF 共16點

10、Y0Y7 共8點R0R62F 共1008點T0T99 共100點C100C143 共44點WR0WR62 共63個FP1C24編程元件的表示形式及編號范圍6.1.4 可編程控制器的主要功能和特點1. 主要功能（1）開關邏輯控制（2）定時/計數控制（3）步進控制（4）數據處理（5）過程控制（6）運動控制（7）通信聯網（8）監控（9）數字量與模擬量的轉換2. PLC的主要特點(1) 可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規模集成電路和微處理器，使系統器件數大大減少，并且在硬件的設計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環境，具有很高的可靠性。(2) 編程簡單，使用方便。(3)

11、 通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態以適應不同的控制對象，控制規模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業通用性。(4) 縮短設計、施工、投產的周期，維護容量。目前PLC產品朝著系列化、標準化方向發展，只需根據控制系統的要求，選用相應的模塊進行組合設計，同時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。(5) 體積小，易于實現機電一體化。6.2 可編程控制器的程序編制12.2.1 可編程控制器的編程語言 同其它電腦裝置一樣，PLC的操作是依其程序

12、操作進行的，而程序是用程序語言表達的，并且表達的方式多種多樣，不同的生產廠家，不同的機種，采用的表達方式不同，但基本上可歸納為：梯形圖語言語句表語言布爾代數語言流程圖語言目前常用1. 梯形圖 是在繼電控制系統電氣原理圖基礎上開發出來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯、并聯等術語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學習計算機專業知識，電氣技術人員使用最方便。例：用PLC組成電機起停控制電路繼電接觸控制圖SB1KMSB2FRKM FRKMFUQ3M.X0X1X2COM.+SB0SB1 Y0COM Y2 Y1.220VKM24VPLC(1) PLC系統圖起動按鈕停止按鈕如：

13、接通SB0，則X0存儲單元對應的位為“1”,反之則為“0”。常閉接點(2) 利用梯形圖編制控制程序 Y0 X0 X1如：按SB0，則X0存儲單元為“1”則其常開接點閉合，線圈通電，電機轉動。注意：這些接點或線圈并不是真實的物理繼電器接點或線圈，而是在軟件編程中使用的編程元件，每個編程元件與存儲器中的一個存儲單元相對應，該存儲單元為“1”則表示梯形圖中常開閉合, 常閉斷開，線圈通電。 Y0狀態取決于按鈕是否動作如：按SB1，則X1存儲單元為“1”則其常閉接點斷開，線圈斷電，電機停車。輸出繼電器(線圈)常開接點2. 語句表語言 這種編程語言與匯編語言類似，不同的廠家其語句表有所不同，這里以日本松下

14、可編程控制器為例，對上述電機起、停控制進行編程（即將梯形圖轉換成語句表語言）。ST X0OR Y0AN/ X1OT Y0注意：按梯形圖從左到右，從上到下的順序編程。梯形圖和助記符語言是PLC中最常用的編程語言，學習中應注意以下概念：(1)梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，每個繼電器或輸入接點各為存儲器中的一位，相應位為“1”態，表示繼電器線圈通電或常開觸頭閉合，或常閉觸頭斷開。(2)梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念電流，是程序執行的形象表示方式。(3)梯形圖中的繼電器接點在編寫用戶程序時（即作為邏輯接點）可根據需要在梯形圖中反復使用，沒有數量限制，既可用常開也可用常閉。(4)只有P

15、LC中的物理繼電器才能驅動實際負載，其它繼電器只能作為一種邏輯來使用，故稱為“軟繼電器”。6.2.2 可編程控制器的編程原則和方法1. 編程原則（1）PLC編程元件的觸點在編程過程中可以無限次使用，每個繼電器的線圈在梯形圖中只能出現一次，它的觸點可以使用無數次。（2）梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于右母線。線圈總是處于最右邊，且不能直接與左邊母線相連。 （3）編制梯形圖時，應盡量做到“上重下輕、左重右輕”。 不合理合理 （4）兩個或兩個以上的線圈可以并聯，但不可以串聯。 X0 X0 Y1 2. 編程方法 (1)確定I/O點數及分配(2)編制梯形圖和指令語句表(5)程序以END指令結束，

16、程序的執行是從第一個地址到END指令結束，在調試的時候，可以利用這個特點將程序分成若干個塊，進行分塊調試，直至程序全部調試成功。6.2.3 可編程控制器的指令系統ST 加載ST/ 加載非OT 輸出指 令可使用區域X Y R T C1. 起始指令ST，ST/與輸出指令OT功能：讀入指定常開接點（X1）的ON/OFF信息。在每一條邏輯線或一個程序段的開始都要使用ST指令或ST/指令。ST X1ST/ X1功能：讀入指定常閉接點（X1）的ON/OFF信息。X1 X1 功能：把輸出指令之前的運算結果輸出到指定的接點，輸出指令可并列使用。OT Y1Y1 例：當輸入接點X0 ON時，使輸出繼電器Y0、Y1

17、動作，當接點X1 OFF時，使繼電器Y2動作。梯形圖對應的助記符程序 ST X0OT Y0OT Y1ST/ X1OT Y2 Y0 X0 Y2 X1梯形圖程序Y1AN X1功能：該指令是接點串聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行與運算。2. 觸點串聯指令AN，AN/與觸點并聯指令OR，OR/AN 與AN/ 與非OR 或指 令可使用區域X Y R T COR/ 或非X1X 例：當輸入條件R0和R1及R2同時為ON時Y3被輸出的程序。助記符程序 ST R0 AN R1 AN R2 OT Y3 時序圖R0R1R2Y3 R1 R0 R2Y3梯形圖程序AN/ X1功能：該指

18、令是接點串聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行與運算。 X1X例：當輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。梯形圖程序 R1 R0 R2 Y3例：當輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。時序圖R0R1R2Y3助記符程序 ST R0 AN/ R1 AN/ R2 OT Y3 梯形圖程序 R1 R0 R2 Y3例：當輸入條件R0或R1或R2為ON時Y3被輸出程序。OR X1功能：該指令是接點并聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行或運算。 X1X助記符程序 ST R0 OR R1 OR R3 OT Y3

19、梯形圖程序時序圖R0R1R2Y3 R1 R0 R2 Y3例：當輸入條件R0為ON，或R1或R2為OFF時Y3被輸出程序。OR/ X1功能：該指令是接點并聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行或運算。 X1X助記符程序 ST R0 OR/ R1 OR/ R2 OT Y3 時序圖R0R1R2Y3梯形圖程序 R1 R0 R2 Y3例1 : 利用PLC實現正反轉控制1.要求：SB1按鈕為正轉按鈕，SB2為反轉按鈕，SB0為停止按鈕。2.系統圖SB0SB1SB2KMFKMRPLCX0X1X2COM.COMY0Y1.3. 梯形圖程序互鎖接點自鎖接點助記符程序ST X1OR Y

20、0AN/ X0AN/ Y1OT Y0ST X2AN/ X0AN/ Y0OT Y1OR Y1正轉反轉Y0 X1 X0Y1 Y1 X2 X0Y0 Y1 Y03. 塊串聯指令ANS與塊并聯指令ORS X0X1X2X3Y0指令塊1指令塊2指令塊1指令塊2語句表指令 ST X0 OR X2 ST X2 OR/ X3 ANS OT Y0語句表指令 ST X0 AN X2 ST X2 AN/ X3 ORS OT Y0 X0X1X2X3Y04. 置位、復位指令SET，RSTSET 功能：當輸入條件變為ON時，使指定輸出接點保持ON狀態，此后即使輸入變為OFF，該輸出仍保持ON狀態。RST功能：當輸入條件變為O

21、N時，使指定輸出接點保持OFF狀態，此后即使輸入變為OFF，該輸出仍保持OFF狀態。Y0 Y0例： R0R1 Y0 Y0ST R0SET Y0ST R1RST Y0語句表指令時序圖R0R1Y05. 定時器指令TM TMX 50 2 X0T2Y0設置值定時器號語句表指令 ST X0 TMX 2 K 50 ST T2 OT Y0t通電延時時間=50*定時單位輸入信號X0定時器接點輸出信號T26. 計數器指令CT RCCT 4100X1X0C100 Y0設置值計數器號語句表指令 ST X0 ST X1 CT 100 K 4 ST C100 OT Y0X0X1Y07. 微分指令DF，DF/DF 例：

22、功能：當輸入條件由OFF 轉為ON時，指定接點僅在PLC的1次掃描周期內為ON，其它時間為OFF。該指令產生的輸出是一個脈沖，其寬度為一個掃描周期。 ( DF ) X0R0Y0 Y0 ( DF )R0 X0R0Y0 Y0 ( DF )R01個掃描周期X0時序圖R0Y0虛線部分為自鎖產生的輸出DF/ 功能：當輸入條件由ON轉為OFF時，指定接點僅在PLC的1次掃描周期內為ON，其它時間為OFF。該指令產生的輸出是一個脈沖，其寬度為一個掃描周期。 ( DF/ ) X0R0Y0 Y0 ( DF/ )R0例：X0R0Y01個掃描周期虛線部分為自鎖產生的輸出 X0R0Y0 Y0 ( DF/ )R0例：時

23、序圖8. 空操作指令NOP NOP Y0R0語句表指令 ST R1 NOP OT Y0NOP指令的使用對程序運行的結果沒有任何影響，一般為了方便閱讀。9. 移位指令SRX0X1X2SR WR2INCCLR語句表指令 ST X0 ST X1 ST X2 SR WR2 10. 堆棧指令PSHS、RDS、POPS PSHS用于壓入堆棧，RDS用于讀出堆棧，POPS用于彈出堆棧。 X1X2 X3 Y1 Y0 Y2X0PSHSRDSPOPS語句表指令 ST X0 PSHS AN X1 OT Y0 RDS AN X2 OT Y1 POPS AN X3 OT Y26.3 可編程控制器應用舉例分析控制對象確定控制內容選擇PLC類型硬件設計軟件設計系統總裝統調符合設計要求投入運行調整硬件否調整軟件否是1 利用PLC實現電動機的Y- 起動1.要求SB1按鈕為起動按鈕，SB0按鈕為停止按鈕KM1為電動機電源接觸器，KM2為三角形運行接觸器，KM3為星形啟動接觸器KM1KM3KM2X1X4X3X2.SB1SB2Y1Y4Y3Y2.程 序 KM3 (Y)接觸器KM1接觸器KM2( )接觸器2.系統圖3.梯形圖程序Y1 接通電源、Y2 形連接、Y3 星形連接 TMX 50 0 R0T0Y3 TMX